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文物三维扫描及修复

携式X射线荧光、扫描电镜、3D打印技术、逆向建模技术…各类“黑科技”与三星堆文明的碰撞与交融

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3D技术在文物勘探及修复过程中的应用


2021年3月20日,在四川成都举办了一场新闻发布会,针对四川省广汉市三星堆遗址的重大新发现在过去的一年里,相关单位已对三星堆遗址重新进行了勘察研究,1、2号“祭祀坑”后又发现了六个新的“祭祀坑”!

相较1986年发现1、2号“祭祀坑”的发掘工作,此次三星堆的发掘工作除了一些传统工具之外,还引入了一些“黑科技”:携式X射线荧光、扫描电镜、3D打印技术、逆向建模技术……即便是坑内挖出的泥土,都会由专业的考古工作人员进行取样、编码、存档。坑内每一件文物、每一份样土都有一张专属的“身份证”。

一、三维扫描

为了更好的还原古蜀人的生活,此次三星堆的考古工作,通过跨学科的合作进行考古。对于考古发掘的位置进行了全面的3D扫描,形成局部点云,考古专家提供祭祀坑剖面及文物数据信息。

(三维扫描技术在三星堆发掘现场的应用)


文物数字化采集手段可分为直接和间接两种。三维数据采集是一种直接手段,即通过数字化扫描、拍摄的方式,借助先进设备采集、记录文物实体的信息,利用计算机软件进行数据拼接和后期处理加工,最终实现文物的数字化。

三维数据采集技术主要有三维激光扫描技术、光栅投影扫描技术、摄影测量技术以及工业计算机断层扫描(Computed Tomography, CT)技术。

二、3D打印

除了精准的3D扫描之外,在本次三星堆考古发掘中所运用到的“黑科技”还包括了3D打印技术:使用3D扫描仪将文物以及其周边的信息数据进行搜集,然后通过3D打印机打印出一模一样的石膏模型。用这个打印出的石膏模型制作了贴合严密,保护性强的硅胶保护套,将保护套贴合在文物上后,再使用套箱的方式提取文物。


(三星堆发掘现场—3D打印青铜尊模型及硅胶保护套)

从前仿制、修复文物都需要再文物的表面附上一层泥模,然后再进行翻模,这样无法避免的会对文物本身造成二次损伤。而通过3D打印技术,发掘人员仅需隔空对文物进行三维扫描,在不碰触文本的前提下,通过点云模型在电脑中做成三维图像,再通过打印机打印,近乎1:1的完美复刻

三、数字化模型展示


看过成龙的电影《十二生肖》的朋友应该还有印象,里面演员戴上一副特别的扫描手套在铜首狗头上摸了一遍,后方的3D成像系统便开始建模,用3D打印机打印,着色、进烤箱,一会儿,一个与真狗头一模一样的仿制品便出炉了。


(电影《十二生肖》中3D打印场景)


近日,四川广汉三星堆博物馆引进了3D扫描仪和打印机,复制一件文物的误差不超过2微米,即便是专家,不通过特殊仪器,也看不出差别来,扫描差不多要两三天,打印只用10个小时。引进3D打印机的目的是担心文物受到损毁或被盗后无法复制,用三维成像系统给文物建三维档案,不管出现什么情况,都可以再造出与原文物几乎一模一样的仿制品

哈佛大学闪族博物馆的两位研究人员利用3D打印机和3D扫描软件,成功恢复了一个在3000年前被打碎的瓷器狮子花瓶,“只要有一个花瓶的碎片,就可以复原这个花瓶,但前提是图案对称、连续”。

基于3D扫描仪及打印数据,博物馆将为每一件文物建立3D档案,并建立数字展厅,向人们全方位动态展示馆藏文物,包括文物的内部游览者还可以自由选择观赏角度。


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